一种三元异质结复合材料光电化学免疫传感器的制备方法及应用技术

一种三元异质结复合材料光电化学免疫传感器的制备方法及应用，属于光电化学生物传感器技术领域，具体涉及采用BiPO4/BiOBr/CdS复合材料检测甲胎蛋白的光电化学免疫传感器的制备方法及应用。该方法通过在FTO修饰电极上组装三元异质结固定捕获抗体，通过光电流信号响应实现甲胎蛋白的准确测定。BiPO4/BiOBr异质结扩大了禁带宽度，扩大了光吸收范围；由于CDs的敏化作用，增强了对可见光的吸收，从而增加了光电流信号。该方法具有稳定性好，特异性强，灵敏度高，重现性好等优点，对于甲胎蛋白得快速检测有较好的帮助，解决了现有的技术难点，为肿瘤标志物的检测提供了可行的方法。为肿瘤标志物的检测提供了可行的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种三元异质结复合材料光电化学免疫传感器的制备方法及应用


[0001]本专利技术属于光电化学生物传感器
，具体涉及一种BiPO4/BiOBr/CdS三元异质结复合材料光电化学免疫传感器的制备方法及其在检测甲胎蛋白中的应用。

技术介绍

[0002]近年来，癌症正在成为最常见的疾病和重大的公共卫生问题。虽然癌症的死亡率很高，但早期诊断和治疗干预可以显著提高癌症患者的治愈率。甲胎蛋白(AFP)是一种糖蛋白，属于白蛋白家族，主要由胎儿肝细胞及卵黄囊合成。甲胎蛋白在胎儿血液循环中浓度较高，出生后则渐渐下降，出生后2～3月甲胎蛋白基本被白蛋白替代，在血液中很难检出，所以在成人血清中含量极低。甲胎蛋白具有很多重要的生理功能，包括运输功能、作为生长调节因子的双向调节功能、免疫抑制、T淋巴细胞诱导凋亡等。甲胎蛋白与肝癌及多种肿瘤的发生发展密切相关，在多种肿瘤中均可表现出较高浓度，可作为肿瘤的阳性检测指标。目前临床上主要作为原发性肝癌的血清标志物，用于原发性肝癌的诊断及疗效监测。一般情况下，人血清中AFP的浓度小于20ng
·
mL
‑1，但当高于此值时，可能导致肝细胞癌。作为重要的生物标志物，早期灵敏、快速地监测AFP含量异常变化对于原发性肝癌的早期诊断具有重要意义。
[0003]作为一种极具前景的分子检测和分析技术，光电化学(PEC)结合了光化学和电化学两者灵敏度高、响应速度快、背景响应低、操作简单的优点，在蛋白质检测、DNA检测和生物标志物检测中具有重大的应用价值。在光电化学检测过程中，当光活性材料被光源激发时，光生电子和空穴分离转移或发生氧化还原反应，从而产生光电流作为检测信号。在过去的几十年里，比率荧光法、基于适配体的荧光法、酶联免疫吸附试验、电感耦合等离子体质谱法、电化学免疫分析和电化学发光法等方法已被开发为检测AFP的有效方法。然而，这些现有的方法具有设备成本高、耗时且程序复杂的缺点。
[0004]作为光电传感器的核心，感光材料对光电传感器的性能有着巨大的影响。作为一种铋金属半导体材料，BiPO4由于其无毒、耐腐蚀的特性，常被用作光活性材料参与光化学反应。然而，BiPO4的宽带隙(4.40eV)导致其对可见光响应较弱，光生电子
‑
空穴对复合率高，限制了其在光电化学传感器中的应用。将两种光电材料耦合形成异质结被认为是解决该问题的有效方法，能够大大提高复合材料的光电转换效率。一般来说，BiPO4和BiOBr通常用于构建光催化材料，但很少有关于使用BiPO4和BiOBr异质结建立光电化学传感器的报道。硫化镉(CdS)在可见光区域具有很强的光吸收能力。是一种极为重要的光电材料。由于其具有窄带隙的特性，CdS被认为是一种用于PEC分析的优秀材料，可用于高效光敏BiPO4/BiOBr异质结以响应可见光，进一步提高材料对可见光的光电响应。
[0005]本专利技术将BiPO4与BiOBr两种光电材料耦合形成异质结，再进一步使用CdS量子点敏化，匹配的能带结构使传感器的光电效率大大提高。

技术实现思路

[0006]针对现有技术所存在的问题，本专利技术提供一种BiPO4/BiOBr/CdS三元异质结复合材料光电化学免疫传感器的制备方法及其在检测甲胎蛋白中的应用。本专利技术构建的光电化学传感器利用抗原与抗体特异性结合的原理进行检测，制备方法简单，结构稳定。并且，该方法对人体及环境无危害，具有特异性强、准确性高、操作简单、更加快捷的优点，对于快速痕量检测有较好的帮助。
[0007]本专利技术采用如下方案解决上述技术问题：
[0008]本专利技术提供一种三元异质结复合材料光电化学免疫传感器的制备方法，所述异质结为BiPO4/BiOBr/CdS三元异质结复合材料，包括以下步骤：
[0009]步骤1：BiPO4/BiOBr复合材料的制备；
[0010]在搅拌条件下，将NaBr、NaH2PO4和Bi(NO3)3·
5H2O加入到溶剂中混合，剧烈搅拌，得到混合溶液。将混合产物超声处理10
‑
20min后，在室温下继续搅拌20
‑
40min，然后转移到聚四氟乙烯衬里的反应釜中，在160
‑
220℃下加热12
‑
24h。反应结束后自然冷却，离心收集沉淀，用无水乙醇和超纯水分别洗涤2
‑
4次沉淀物，然后将沉淀物在40
‑
80℃下干燥12
ꢀ‑
24h，得到BiPO4/BiOBr异质结粉末。
[0011]采用上述方法制备的BiPO4/BiOBr复合材料具有光吸收能力好、带隙窄、无污染、对人体及环境无害、合成简便以及材料易获得等优点。最终可以合成质量百分含量比为10
‑
50wt％的BiPO4/BiOBr复合材料，优选BiPO4/BiOBr异质结重量比为40wt％，能够获得更强的光电流。
[0012]步骤2：水溶性CdS QDs的制备；
[0013]将CdCl2加入到去离子水中，制备成CdCl2溶液。加入巯基丙酸后，溶液用氮气脱气10
‑
40min，然后用NaOH溶液调节pH值至9
‑
12。加入Na2S溶液，在100
‑
120℃加热回流2
‑
6h。溶液冷却至室温后，加入异丙醇进行沉降处理，离心得到固体沉淀，沉淀用无水乙醇洗涤2
‑
3次，在真空干燥箱中40
‑
80℃干燥10
‑
24h，得到CdS QDs粉末。
[0014]步骤3：BiPO4/BiOBr/CdS三元异质结复合材料的制备；
[0015]分别称取BiPO4/BiOBr异质结粉末和CdS QDs粉末，加入去离子水，涡旋5
‑
10min得到混合溶液。超声处理30
‑
90min使两种材料结合，得到CdS敏化的BiPO4/BiOBr复合悬浮液，将其置于4℃的环境中避光保存备用。
[0016]步骤4：PEC免疫传感器的制备；
[0017]清洗FTO玻璃电极，均匀滴加CdS敏化的BiPO4/BiOBr/CdS悬浮液至玻璃电极上，烘干，向烘干后的玻璃电极滴加AFP抗体、BSA和不同浓度的AFP抗原。
[0018]本专利技术方法制备的PEC免疫传感器通过CdS敏化提高了光电流的响应，能够用于有效检测甲胎蛋白，具有检测灵敏度高、吸附选择好、检测快速、性能稳定、信号响应强等优点。且该制备方法原料来源广泛且低廉，安全无毒，制备过程简便、易操作。
[0019]所述步骤1中，NaBr、NaH2PO4和Bi(NO3)3·
5H2O三者的投料摩尔比为(0.5
‑
0.9):(0.5
‑
0.1):1。
[0020]所述步骤1中，混合产物在聚四氟乙烯衬里的反应釜中，优选反应温度及反应时间为180℃加热24h。在180℃加热12
‑
24h时，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三元异质结复合材料光电化学免疫传感器的制备方法，其特征在于，所述异质结为Bi PO4/BiOBr/CdS三元异质结复合材料，包括以下步骤：步骤1：BiPO4/BiOBr复合材料的制备；在搅拌条件下，将NaBr、NaH2PO4和Bi(NO3)3·
5H2O加入到溶剂中混合，剧烈搅拌，得到混合溶液，将其超声处理后，在室温下继续搅拌，然后转移到聚四氟乙烯衬里的反应釜中，加热反应，反应结束后自然冷却，离心收集沉淀，用无水乙醇和超纯水分别洗涤沉淀物，然后将沉淀物干燥处理，得到BiPO4/BiOBr异质结粉末；步骤2：水溶性CdS QDs的制备；将CdCl2加入到去离子水中，制备成CdCl2溶液，加入巯基丙酸后，溶液用氮气脱气，然后用NaOH溶液调节pH值至9
‑
12，加入Na2S溶液，加热回流2
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6h，溶液冷却至室温后，加入异丙醇进行沉降处理，离心得到固体沉淀，沉淀用无水乙醇洗涤，干燥处理，得到CdS QDs粉末；步骤3：BiPO4/BiOBr/CdS三元异质结复合材料的制备；分别称取BiPO4/BiOBr异质结粉末和CdS QDs粉末，加入去离子水，涡旋，得到混合溶液，超声处理30
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90min使两种材料结合，得到CdS敏化的BiPO4/BiOBr复合悬浮液，将其置于4℃的环境中避光保存备用；步骤4：PEC免疫传感器的制备；清洗FTO玻璃电极，均匀滴加CdS敏化的BiPO4/BiOBr/CdS悬浮液至玻璃电极上，烘干，向烘干后的玻璃电极滴加AFP抗体、BSA和不同浓度的AFP抗原。2.根据权利要求1所述的一种三元异质结复合材料光电化学免疫传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，NaBr、NaH2PO4和Bi(NO3)3·
5H2O三者的投料摩尔比为(0.5
‑
0.9):(0.5
‑
0.1):1。3.根据权利要求1所述的一种三元异质结复合材料光电化学免疫传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，混合物在聚四氟乙烯衬里的反应釜中，在160
‑
220℃下加热12
‑
24h；得到的沉淀物在40
‑
80℃下干燥12
‑
24h，得到质量百分含量比为10
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50wt％的BiPO4/BiOBr异质结粉末。4.根据权利要求1所述的一种三元异质结复合材料光电化学免疫传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，混合溶液中，CdCl2与Na2S的摩尔比为1:(0.5
‑
1)，CdCl2与巯基丙酸的物料配比为每0.001mol CdCl2加入100
‑
500μl巯基丙酸，所述Na2S溶液浓度为0.1mol
·
L
‑1。5.根据权利要求1所述的一种三元异质结复合材料光电化学免疫传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，BiPO4/BiOBr异质结粉末和CdS QDs粉末的质量比为1:1<...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵龙山，唐熙明，吴磊，
申请(专利权)人：沈阳药科大学，
类型：发明
国别省市：